Elektromotoren für Nutzfahrzeuge & Schiffe

Elektromotoren – worin liegen die Vorteile gegenüber Verbrennungsmotoren?

Der große Nachteil von Verbrennungsmotoren besteht darin, dass deren optimaler Wirkungsgrad nur für einen sehr eng gefassten Betriebspunkt gilt, meist liegt er bei maximaler Leistung. Anhand sogenannter Muscheldiagramme für Verbrennungsmotoren kann der Wirkungsgrad in Abhängigkeit von Last und Drehzahl dargestellt werden. So lässt sich ermitteln, dass bei halber Last der Wirkungsgrad auf 15% fallen kann – und bei weiter abnehmender Last sogar noch schlechter wird.

Dieser Umstand macht Verbrennungsmotoren im Teillastbetrieb extrem ineffizient, vergleicht man sie doch mit Elektromotoren, die ihre Leistung sehr dynamisch an die jeweiligen Lastzyklen anpassen können und nur geringste Verluste hinnehmen müssen, wird schnell klar, dass Elektromotoren nicht nur emmissionsärmer sind, sondern vor allem bei wechselnden Lastzyklen deutlich effizienter. Zudem wird z.B. beim Bremsvorgang die dabei entstehende Energie nicht in Wärme umgewandelt, sondern bleibt durch Rekuperation zumindest teilweise im System erhalten, wird also wieder in die Batterie zurückgeführt. Somit können in elektrischen Antriebssystemen bei optimaler Abstimmung von Elektromotor und Umrichter Wirkungsgrade von bis zu 98% erreicht werden.

Darüber hinaus bietet die Feldschwächung der Elektro-Maschinen hervorragende Möglichkeiten, auf schaltbare Getriebe zu verzichten. Auf diese Weise können Ströme im Stator den magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator bewusst reduzieren, um die Momentenkonstante zu verändern. So können bei gleicher Klemmenspannung höhere Drehzahlen bei geringeren Drehmomenten realisiert werden.

Je nach Motortopologie ist das System bei Bergfahrten oder beim Anfahren bis zu 300% überlastbar, durch eine Feldschwächung kann das Verhältnis der maximalen zur minimalen Untersetzung gesteigert werden, wodurch Kosteneinsparungen beim Umrichter zu geringeren Gesamtkosten führen.

Verschiedene Motorentopologien bei Elektromotoren

Von hoher Bedeutung ist es, den für das Gesamtsystem passenden Motor zu integrieren. Aus diesem Grund bietet ARADEX verschiedene Motorentopologien an. Um den verschiedenen Traktions-, Propulsions- sowie Funktionsantrieben gerecht zu werden, bietet ARADEX verschiedene Synchron- sowie Asynchron-Motoren an.

• Permanent Magnet Synchron Motoren (auch PM-Motoren): Hierbei handelt es sich um Einphasen- oder Drehstrommotoren, bei denen ein Rotor synchron von einem magnetischen Drehfeld im feststehenden Teil, dem Stator, bewegt wird. Im laufenden Betrieb erfolgt die Bewegung von PM-Motor und Wechselspannung synchron. PM-Motoren stellen eine Kombination aus einem bürstenlosen Gleichstrommotor und einem Wechselstrom-Asynchronmotor dar. Der Stator, der mit Rotor und Spulen ausgestattet ist, erzeugt eine dem Asynchronmotor ähnelnde, sinusförmige Flussdichte im Luftspalt der Maschine. Allerdings wird zur Erzeugung des Magnetfeldes kein Statorstrom verwendet, was dazu führt, dass die Leistungsdichte von PM-Motoren höher ist als die eines Induktionsmotors bei gleicher Stromstärke.Darüber hinaus sind sie leichter und verfügen über ein geringeres Trägheitsmoment.

PM-Motoren eignen sich besonders für Anwendungen mit hohen Leistungen bei kleinem Bauvolumen, wie z.B. in der Luftfahrt, bei industriellen Automatisierungen oder bei einem Rennwagen

• Asynchronmotoren: Als Asynchronmotoren werden Motoren bezeichnet, deren Läufer (bestehend aus dem Ständerblech, das den Rotor hält und den Metallstäben) asynchron mit dem Drehfeld läuft. Bei Induktionsmotoren, wozu der Asynchronmotor gezählt wird, wird die vom Rotor erzeugte Spannung über das Statormagnetfeld induziert. Asynchronmotoren werden häufig in der Antriebstechnik verwendet, da sie äußerst robust sind, kaum Wartungsaufwand verursachen und einfach und günstig herzustellen sind. Bei ARADEX werden Asynchronmotoren als Direktantriebe verwendet, wodurch Effizienzverluste vermieden werden können. Allerdings sind Asynchronmotoren größer, wodurch sie mehr Platz erforderlich machen. Aus diesem Grund werden sie primär in großen Systemen, wie z.B. LKWs verwendet.

Gerne beraten wir Sie um gemeinsam mit Ihnen den anwendungsspezifisch passendsten Motor für Sie zu finden.